光学性质
光学性质知识点总结
光学性质知识点总结光学是研究光的传播和相互作用的一门物理学科。
在日常生活和工业生产中，光学在多个领域都有着重要的应用，比如光学仪器、光学材料、光学通信等。
了解光学性质是理解光学现象和应用的基础，本文将对光学性质的相关知识点进行总结。
1. 光的波动性质在17世纪，荷兰物理学家荷兰威廉·斯劳登发现光在通过狭缝后会出现干涉现象，这一发现表明光具有波动性质。
波动性质是指光的传播具有波动的特征，包括波长、频率、波速等。
通过实验和理论研究，人们逐渐认识到光波的干涉、衍射、偏振等现象，这些现象无法用粒子模型来解释，进一步证明了光的波动性质。
2. 光的粒子性质尽管光具有波动性质，但在一些实验和现象中，光也表现出了粒子的特征，比如光电效应、康普顿散射等。
这些实验表明，光的传播和相互作用可以用粒子模型来解释。
爱因斯坦提出了光子理论，认为光是由一连串能量量子组成的。
这一理论的提出，使得人们能够更好地理解光的粒子性质，并在光的激光、半导体等领域有了重要应用。
3. 光的传播光的传播遵循光波理论和光子理论，光在真空中的传播速度为光速，约为3×10^8m/s。
在介质中，光的传播速度会受到介质折射率的影响，根据斯内尔定律，光在不同介质中传播时会出现折射和反射现象。
此外，材料的介电常数和磁性能也会影响光的传播性质。
4. 光的吸收和发射在光与物质相互作用的过程中，光可以被物质吸收，也可以被物质发射。
当光进入物质时，一部分光的能量会被物质吸收，使得物质内部的电子激发，转化为热能或发射能量。
物质也可以发射光，这种现象就是发射光。
根据玻尔理论和量子力学，物质的能级结构会影响光的吸收和发射性质。
5. 光的干涉现象干涉现象是指两个或多个波的叠加相互作用，造成波的增强或减弱的现象。
光的干涉现象是光波的波动性质的重要表现。
干涉实验中常用的光源有白光、单色光等，通过不同的干涉装置可以观察到干涉条纹的出现。
著名的双缝干涉实验是干涉现象的典型实验，它展示了光的波动特性。
物质的光学性质
物质的光学性质光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射等现象的科学学科。
在光学研究中，物质的光学性质起着至关重要的作用。
本文将探讨物质的光学性质及其应用。
一、物质的透明性透明性是物质的一种常见光学性质，指的是物质对光的透过程度。
透明物质能够几乎完全透过光线，并保持较高的透明度。
这是因为透明物质的分子结构相对较为规则，光线能够穿过分子空隙而不被吸收或散射。
透明物质的应用十分广泛。
例如，玻璃是一种常见的透明物质，被广泛应用于窗户、眼镜等领域。
此外，光纤通信中使用的光纤也是利用了透明物质的特性，通过大量的内部反射实现了光信号的传输。
二、物质的吸收与散射物质在光线作用下会发生吸收和散射现象。
吸收是指光线被物质吸收，而散射是指光线在物质中的传播方向发生改变。
物质的吸收与散射对于日常生活和实际应用具有重要意义。
在照明领域，灯具中的光源会对物体进行照射，光线被物体吸收后转化为热能，使其温度升高。
在实验室中，吸收和散射现象也被广泛应用于光谱分析、荧光探测等领域。
三、物质的折射与反射物质的折射和反射是光学中常见的现象。
折射是指光线从一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象。
反射是指光线与物体表面发生碰撞后返回原来介质中的现象。
折射和反射现象在日常生活中处处可见。
例如，当光线射入水中，会发生折射现象，使得水面下的物体看起来呈现一定偏移。
镜子则利用了反射现象，将光线反射回观察者，使其看到物体的像。
四、物质的色散性色散是指不同波长的光在物质中传播时速度和路径的差异，导致不同颜色的光线产生偏移。
常见的色散现象包括光的折射角随波长的变化和光线在棱镜中分离成不同的颜色。
色散性是光学中一个重要的性质，也是许多光学仪器和装置的基础。
例如，光谱仪利用了物质对不同波长光的折射和分离，可以将光信号分解为不同波长的成分，从而实现光谱分析。
其他应用还包括彩色光的产生和色彩纳米技术等。
五、物质的偏光性偏光性是物质的一种特殊光学性质，指的是物质对于特定方向的光线有选择性地吸收或传播。
第4-1讲 光学性质
§5 介质对光的色散
6-6
5.3 反常色散
实验表明，在发生强烈吸收的波段，色散曲线发生力量明 显的不连续，折射率n随着波长的增加而增大，即dn/dλ> 0， 这种在吸收带附近不符合科希公式，与正常色散曲线大不相 同的特征称之为反常色散（anomalous dispersion）
尽管通常把这种色散称为反常色散，但实际上它反映了物 质在吸收区域内所普遍遵从的色散规律。
§1. 光的基本性质
1.3 光与固体的相互作用
光与固体相互作用的本质有两种方式：
电子极化
电子能态转变
§1. 光的基本性质
1.3 光与固体的相互作用
电子极化
电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量；
在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每 一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电 子云与原子核的电荷中心发生相对位移；
§4 介质对光的散射
4.2 光散射分类
2. 米氏散射 Mile Scattering
当a0与λ相近时，σ=0~4 即散射中心的尺度与光波波长可以比拟时， σ 在0~4之间,具体取值与散射中心有关.
米氏散射性质比较复杂。
§4 介质对光的散射
4.2 光散射分类
3. 瑞利散射 Rayleigh scattering 当a0«λ时，σ=4 即当散射中心的线度远小于入射
以引起电子的振荡。由于波长很长，一个金属网笼，甚至桥 梁上的钢架就可以将其阻止。
微波－波长范围分布从毫米到几十厘米，他们在食物里很容
易被水分子吸收，可是食物迅速被加热。
红外线（IR）－分布在微波和可见光之间，且仅能够在它
聚集热的地方探测到。蛇和其他一些生物对红外线很敏感； 红外线不能透过玻璃，这一特性可以解释温室效应：晴天时， 经过温室玻璃的可见光被植物吸收，而红外线被再次辐射， 被玻璃捕获的红外线引起温室内部的温度升高，整个宇宙充 满了宇宙大爆炸时残留的冷却物质发出的红外辐射。
物体的光学性质与光的反射
物体的光学性质与光的反射光学是研究光的传播、反射、折射和干涉等现象的一门学科。
在物理学中，光学性质指的是物体对光的相互作用和响应。
而光的反射则是光线从一个界面上的反射到另一个界面上的现象。
物体的光学性质与光的反射密切相关，下面将从不同角度来探讨这个话题。
第一部分：物体的光学性质A. 折射率物体的折射率是指光线在物质中传播时速度变化的比率，也可以理解为光线在物质中的弯曲程度。
不同的物质对光的折射率有所不同，这是由于光在不同介质中的传播速度不同所致。
常见的物质如空气、水、玻璃等都具有不同的折射率，这也是光在经过不同媒介时产生折射现象的原因之一。
B. 吸收和反射物体的光学性质还包括对光的吸收和反射。
当光线照射到物体表面时，一部分光会被物体吸收，转化为热能，而另一部分则会被物体表面反射。
吸收和反射的程度取决于物体的颜色和材质等因素。
例如，黑色物体对光的吸收较高，而镜面光滑的物体则对光的反射较强。
C. 发光性质除了吸收和反射，物体的光学性质还包括发光性质。
一些物体在受到外界刺激时会发出光，这种现象称为发光。
发光物体可以分为自发光和受激发光两种。
自发光物体具有自己的内部能量源，例如太阳、发光二极管等。
而受激发光物体在外界刺激下会发出光，例如荧光体和激光等。
第二部分：光的反射光的反射是光线从一个介质的表面上发生反射，并从另一个介质的表面上发生折射的现象。
在光线和物体表面相互作用时，光可以以三种方式进行反射：规则反射、漫反射和全反射。
A. 规则反射规则反射是指光线以特定的角度从物体表面上反射出去。
这种反射是按照反射定律进行的，即入射角等于反射角。
规则反射通常发生在光滑的、镜面反射物体上，使得反射后的光线呈现出特定的反射角度，我们能够看到清晰的反射像。
B. 漫反射漫反射是指光线以不规则的方式从物体表面上反射出去。
这种反射发生在粗糙表面的物体上，使得反射后的光线在各个方向上散射，导致我们无法清晰地看到反射像。
C. 全反射全反射是指光线从一种介质射向另一种折射率较小的介质时，入射角大于临界角时发生的现象。
光学的基本概念与性质
光学的基本概念与性质光学是研究光的传播、吸收、反射、折射及与物质相互作用的学科。
它涉及到光的产生、传播及在物质中的相互作用等方面。
本文将介绍光学的基本概念与性质，包括光的发光原理、光的传播方式、光的速度、光的折射和反射等。
1. 光的发光原理光的发光是指物体在一定条件下产生的光现象。
光的发光主要包括自发辐射和受激辐射两种形式。
自发辐射是指物体在内部产生的原子或分子之间的能量转化为光的过程。
受激辐射是指物体受到外界能量的激发后，原子或分子从一个能级跃迁到另一个能级，并产生与外界能量相等的光子。
2. 光的传播方式光的传播方式可以分为直线传播和弯曲传播两种形式。
直线传播是指光线在均匀介质中直线传播的过程。
弯曲传播是指光线在介质之间传播时由于介质折射率的变化而产生的弯曲现象。
在直线传播中，光线在同一介质中传播速度保持不变，但在不同介质中传播时，光线的传播速度会发生变化，这也是光的折射现象。
3. 光的速度光在真空中的传播速度是一个恒定值，即光速。
根据实验测定，光速约为每秒299,792,458米。
光在介质中的传播速度会比在真空中的传播速度要慢，这是由于光与物质相互作用导致的。
4. 光的折射和反射光在传播过程中会遇到不同介质的界面，当光从一种介质进入到另一种介质时，会发生折射现象。
折射是指光线在两个不同介质界面间传播时，由于介质的折射率不同，使光线的传播方向发生改变的现象。
光的反射是指光线遇到介质界面时，在一定角度范围内的光线被完全反射回原介质的现象。
反射现象是我们日常生活中经常遇到的，例如镜子上的反射。
5. 光的色散与衍射光的色散是指光在透明介质中传播时，不同波长的光被介质吸收和折射的程度不同而产生的现象。
这是导致光线分为七彩色的原因，也是形成虹的原理。
光的衍射是指光通过细缝或物体的边缘时发生偏离传播方向的现象，它是光波的波动特性表现之一。
6. 光的干涉与偏振光的干涉是指两束或多束光波相互叠加时，根据干涉条件的不同，可能会产生干涉增强或干涉消减的现象。
光学性质
第二节光学性质一、反射与光泽纤维光泽的形成实际上是正反射光、表面散射反射光、来自内部的散射反射光的共同贡献，而透过光则决定于纤维的透明程度。
反射光量大，光泽好影响因素：1.纤维纵向形态：纤维表面是否平滑，如细毛的鳞片稠密，贴紧程度差，光泽差；粗毛鳞片紧贴毛干，光泽好。
2.截面形态（圆形、三角形）：如三角形截面有些内部反射光会在纤维截面的局部棱边上发生全反射，有“闪光”效果；圆形截面的纤维光线在任一界面上的入射角都和光线进入纤维后的折射角相等，在任何条件下都不能形成全反射，因此，这类纤维的透光性好，外观较明亮。
Y 形比三角形光泽更强。
3.纤维层状结构：几次反射、折射，表面反光量增加，光泽较强且柔和均匀，有层次，不耀眼。
二、折射与双折射双折射：进入纤维的光线分解成两条折射光，一条为寻常光线，也叫O光，其振动面与光轴垂直，折射率以n⊥表示；另一条光为非寻常光，不遵守折射定律，又叫e光，其振动面与光轴平行，折射率以n∥表示，光线顺光轴方向射入时不发生双折射，在非光轴方向n⊥和 n∥不同，光在内部进行的速度vo 和ve不同，折射率与光速成反比，大多数纺织纤维是正晶体，n⊥大于n∥不或vo 大于ve由于存在两个折射率，用n⊥-n∥表示双折射率。
双折射率的大小，与分子的取向度和分子本身的不对称程度有关，纤维中大分子与纤维轴平行排列时，双折射率最大，大分子紊乱排列时，双折射率为零。
一般用双折射率的大小来反映和比较同一种化学纤维各批间的定向度高低。
三、耐光性老化：变色、变硬、变脆、发粘、光泽差、强度差、破裂等。
太阳光通过宇宙空间和地球表面的大气层时，长波损失少，短波损失多，到达地球表面的紫外线数量少，其波长一般大于290nm。
短于290 nm的紫外线被高空的臭氧所吸收，波长越短，能量越大，光敏性：纤维分子不同，对紫外线的吸收有选择性，分子结构中含有C-C;C-H;C-N;C-O;C-CI 等键，一般不吸收波长大于290nm，故照射到地球表面的紫外线应该对这些纤维无影响，但实际上有裂解发生，主要是因为纤维中含有其他物质或杂质引起的氧化反应的结果，形成羟基，羟基能吸收280~320 nm的紫外线，所吸收的紫外线能量传给整个分子链去破坏那些不直接吸收紫外线的弱键。
物体的光学性质物体对光的吸收和反射
物体的光学性质物体对光的吸收和反射物体的光学性质：物体对光的吸收和反射光学性质是物体在受到光照射时所表现出的特性。
物体对光的吸收和反射是物体的光学性质中的两个重要方面。
本文将探讨物体在光的照射下对光的吸收和反射的过程及相关现象。
一、物体对光的吸收物体对光的吸收是指当光照射到物体表面上时，物体吸收光的能量，将光能转化为其他形式的能量而使光的能量减弱或完全消失的现象。
光经过物体表面进入物体内部后，会与物体内部的原子或分子相互作用，使电子吸收光的能量。
吸收光能的原子或分子在吸收后会进入激发态，吸收光的能量也会以其他形式的能量重新释放出来。
物体对光的吸收与物体的颜色有关。
在可见光范围内，物体的颜色是由物体对各种波长的光的吸收和反射形成的。
例如，红色的物体吸收了大部分的绿光和蓝光，而反射了红光；蓝色的物体吸收了大部分的红光和绿光，而反射了蓝光。
黑色的物体几乎吸收了所有波长的光，因此看起来很黑；白色的物体则几乎不吸收任何光，反射了所有波长的光，因此看起来很亮。
二、物体对光的反射物体对光的反射是指当光照射到物体表面上时，部分或全部光线发生反射，从而改变光线的传播方向的现象。
光在碰到物体表面时，有一部分光被物体表面反射，这部分光称为反射光。
反射光会按照入射光的角度和表面性质发生反射，遵循反射定律。
反射定律指出，入射光线、反射光线和法线（垂直于物体表面的线）位于同一平面上，并且入射角等于反射角。
根据反射定律，当入射角增大时，反射角也会增大，两者之间的关系是线性的。
物体的反射性质也与物体的颜色有关。
同样的光线照射到不同颜色的物体上，会呈现出不同的反射特性。
一般而言，黑色的物体对光的吸收较多，因此反射光较少，看起来较暗；白色的物体对光的吸收较少，因此反射光较多，看起来较亮。
三、物体的透射和折射除了吸收和反射，当光线经过物体时，也可能发生透射和折射的现象。
透射是指光线穿过透明物体时，光线改变传播介质但不改变传播方向的现象。
光学性质总结知识点
光学性质总结知识点光学性质是物质对光的传播和相互作用的特性。
在光学中，物质的光学性质主要包括透明度、反射、折射、色散、吸收、散射等。
这些性质对光的传播和应用都具有重要的影响，对于理解光的本质和光学器件的设计具有重要意义。
下面将对一些光学性质进行总结介绍。
1. 透明度透明度是物质对光穿透程度的度量。
透明的物质会让光线通过并且不改变光线的方向，而不透明的物质则会吸收或者反射光线。
透明度通常用透光率或者透射率来表示，透光率是指透射过的光在光学厚度上的比值，透射率则是指透射光的强度与入射光的强度的比值。
光学材料的透明度会对其在光学器件中的应用产生重要影响。
2. 反射反射是指光线从一个介质到另一个介质边界时发生的光线的转向现象。
根据反射的特点可以分为镜面反射和漫反射。
镜面反射是指光线射入一个光滑表面后，以与表面成反射角相等的角度反射出去；而漫反射则是指光线射入一个不规则表面后，以不同角度反射出去。
反射现象在光学器件中有广泛的应用，如反光镜、反射片等。
3. 折射折射是指光线由一个介质射入另一个介质时发生的光线的偏折现象。
根据斯涅尔定律可得出光线的入射角和折射角的关系，即$n_1 \sin \theta_1 = n_2 \sin\theta_2$，其中$n_1$和$n_2$分别为两种介质的折射率，$\theta_1$和$\theta_2$分别为入射角和折射角。
折射现象也被广泛应用在光学元件中，如透镜、棱镜等。
4. 色散色散是指不同波长的光在同一介质中传播时发生的光线偏离的现象。
其主要原因是不同波长的光在介质中的折射率不同，导致光线发生弯曲。
最著名的色散现象就是光经过三棱镜后分解成七彩的光谱。
色散对于光学成像和光谱分析有重要的影响。
5. 吸收吸收是物质对光的能量吸收的过程。
在光学中，物质对特定波长的光吸收的程度受到物质的光谱特性和光的波长、强度等因素的影响。
吸收现象对光学器件中的能量损耗和光学材料的选择都有一定的影响。
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§1. 光的基本性质
1.3 光与固体的相互作用
光与固体相互作用的本质有两种方式：
电子极化 电子能态转变
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§1. 光的基本性质
1.3 光与固体的相互作用
电子极化
电磁波的分量之一是迅速变化的电场分量； 在可见光范围内，电场分量与传播过程中遇到的每 一个原子都发生相互作用引起电子极化，即造成电 子云与原子核的电荷中心发生相对位移； 所以，当光通过介质时，一部分能量被吸收，同时 光速减小，后者导致折射。
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§３ 介质对光的吸收
在光束通过物质时，它的传播情况将要发生变化。首先光 束越深入物质，它的光强将越减弱，这是由于一部分光的能量 被物质所吸收，而另一部分光向各个方向散射所造成的，这就 是光的吸收和散射现象。
其次，光在物质中的速度将小于光在真空中的速度，并将随 频率而改变，这就是光的色散现象，光的吸收、散射和色散这 三种现象，都有是由于光与物质的相互作用引起的，实质上是 由光与原子中的电子相互作用引起的。
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§4 介质对光的散射
4.1 光散射现象
当光束通过均匀的透明介质时，从侧面是难以看 到光的。但当光束通过不均匀的透明介质时，则 从各个方向都可以看到光，这是介质中的不均匀 性使光线朝四面八方散射的结果，这种现象称为 光的散射。 例如，当一束太阳光从窗外射进室外内时，我们 从侧面可以看到光线的径迹，就是因为太阳光被 空气中的灰尘散射的缘故。
这些现象是不同物质光学性质的主要表现，对它们的讨论可 以为我们提供关于原子、分子和物质结构的信息。本章侧重于 对现象及其唯象规律的描述，并用经典电子论对这些现象作进 一步的解释。
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§３ 介质对光的吸收
3.1 基本性质 定义
由于光是一种能量流，在光通过材料传播时，会引起材 料的电子跃迁或使原子振动，从而使光能的一部分变成 热能，导致光能的衰减，这种现象称为介质对光的吸收。第12页/Βιβλιοθήκη 34页§３ 介质对光的吸收
3.4 一般吸收和选择吸收
除了真空，没有一种物质对所有波长的电磁波都是绝对透明 的。
任何一种物质，它对某些波长范围内的光可以是透明的，而 对另一些波长范围内的光却可以是不透明的。
例如，在光学材料中，石英对所有可见光几乎都透明的，在 紫外波段也有很好的透光性能，且吸收系数不变，这种现象 为一般吸收；但是对于波长范围为3.5—5.0μm的红外光却是 不透明的，且吸收系数随波长剧烈变化，这种现象为选择吸 收。换言之，石英对可见光和紫外线的吸收甚微，而对上述 红外光有强烈的吸收。
光的吸收是材料中的微观粒子与光相互作用的过程中表现出 的能量交换过程。
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§３ 介质对光的吸收
3.3 吸收的物理机制
禁带较宽的介电固体材料也可以吸收光波，但 吸收机理不是激发电子从价带跃迁到导带，而 是因其杂质在禁带中引进了附加能级，使电子 能够吸收光子后实现从价带到受主能级或从施 主能级到导带的跃迁。
§1. 光的基本性质
1.2 电磁波谱
无线电波－波长比可见光长得多，不能引起人的视觉，可
以引起电子的振荡。由于波长很长，一个金属网笼，甚至桥 梁上的钢架就可以将其阻止。
微波－波长范围分布从毫米到几十厘米，他们在食物里很容
易被水分子吸收，可是食物迅速被加热。
红外线（IR）－分布在微波和可见光之间，且仅能够在它
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§1. 光的基本性质
1.3 光与固体的相互作用
电子能态转变
电磁波的吸收和发射包含电子从一种能态转变到另一种能 态的过程；
材料的原子吸收了光子的能量之后可将较低能级上的电子 激发到较高能级上去，电子发生的能级变化∆E与电磁波频 率有关： ∆E=hν
受激电子不可能无限长时间地保持.在激发状态，经过一个 短时期后，它又会衰变回基态，同时发射出电磁波，即自 发辐射。
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§2. 光的反射与折射
2.1 反射定律与折射定律
光的反射和折射 反射定律
三线共面； 反射角等于入射角
折射定律
三线共面；
sin i
sin
u1 u2
n21
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§2. 光的反射与折射
2.2 折射率与传播速度的关系
一、惠更斯原理：为了说明光的传播定律，惠更斯提出了
一个普遍原理
吸收系数
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§３ 介质对光的吸收
3.2 吸收定律
一 吸收定律 - 布格定律
光通过物质时，光波中的振动着的电矢量，将使物质中的 带电粒子作受迫振动，光的部分能量将用来提供这种受迫 振动所需要的能量。 这些带电粒子如果与其它原子或分子发生碰撞，振动能量 就会转变为平动动能，从而使分子热运动能量增加，物体 发热。 光的部分能量被组成物质的微观粒子吸取后转化为热能， 从而使光的强度随着穿进物质的深度而减小的现象，称为 光的吸收（absorption）。
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§３ 介质对光的吸收
3.3 吸收的物理机制
材料对光的吸收机理：
电子极化：只有当光的频率与电子极化时间的倒数处在同一 个数量级时，由此引起的吸收才变得比较重要；
电子受激吸收光子而越过禁带；
电子受激进入位于禁带中的杂质或缺陷能级上而吸收光；
所以，只有当入射光子的能量与材料的某两个能态之间的能 量差值相等时，光量子才可能被吸收。同时，材料中的电子 从较低能态跃迁到高能态。
该原理适用于机械波和电磁波
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§2. 光的反射与折射
2.2 折射率与传播速度的关系
二、折射定律：
n21
v1 v2
n2 n1
材料的折射率反映了光在该材料中传播速度的快慢。
光密介质：在折射率大的介质中，光的传播速度慢；
光疏介质：在折射率小的介质中，光的传播速度快。
材料的折射率从本质上讲，反映了材料的电磁结构 （对非铁磁介质主要是电结构）在光波作用下的极化 性质或介电特性。
媒质中波动传到的各点，都可以看作是发射子波的 波源，而在其后的任意时刻，这些子波的包络面就 是新的波面。
也就是说，光波波前（最前沿的波面）上的每一点 都可看作球面次波源，每一次波源发射的球面波以 光波的速度v传播，经过时间∆t之后形成球面半径 为v∆t的球面次波。如此产生的无数个次波的包络 就是∆t时间后的新波前。